軸心受力構(gòu)件(1)

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1、第四章軸心受力構(gòu)件一、軸心受力構(gòu)件的特點(diǎn)和截面形式軸心受力構(gòu)件包括軸心受壓桿和軸心受拉桿。軸心受力構(gòu)件廣泛應(yīng)用于各種鋼結(jié)構(gòu)之中，如網(wǎng)架與桁架的桿件、鋼塔的主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件、雙跨輕鋼廠房的鉸接中柱、帶支撐體系的鋼平臺(tái)柱等等。實(shí)際上，純粹的軸心受力構(gòu)件是很少的，大部分軸心受力構(gòu)件在不同程度上也受偏心力的作用，如網(wǎng)架弦桿受自重作用、塔架桿件受局部風(fēng)力作用等。但只要這些偏心力作用非常?。ㄒ话阏J(rèn)為偏心力作用產(chǎn)生的應(yīng)力僅占總體應(yīng)力的3％以下。）就可以將其作為軸心受力構(gòu)件。軸心受力的構(gòu)件可采用圖中的各種形式。其中???a）類為單個(gè)型鋼實(shí)腹型截面，一般用于受力較小的桿件

2、。其中圓鋼回轉(zhuǎn)半徑最小，多用作拉桿，作壓桿時(shí)用于格構(gòu)式壓桿的弦桿。鋼管的回轉(zhuǎn)半徑較大、對(duì)稱性好、材料利用率高，拉、壓均可。大口徑鋼管一般用作壓桿。型鋼的回轉(zhuǎn)半徑存在各向異性，作壓桿時(shí)有強(qiáng)軸和弱軸之分，材料利用率不高，但連接較為方便，單價(jià)低。b)類為多型鋼實(shí)腹型截面，改善了單型鋼截面的穩(wěn)定各向異性特征，受力較好，連接也較方便。????????c)類為格構(gòu)式截面，其回轉(zhuǎn)半徑大且各向均勻，用于較長、受力較大的軸心受力構(gòu)件，特別是壓桿。但其制作復(fù)雜，輔助材料用量多。二、軸心受拉桿件軸心受拉桿件應(yīng)滿足強(qiáng)度和剛度要求。并從經(jīng)濟(jì)出發(fā)，選擇適當(dāng)?shù)慕孛嫘问?，處理好?gòu)造

3、與連接。1、強(qiáng)度計(jì)算軸心拉桿的強(qiáng)度計(jì)算公式為：（6－1）式中：??????N?——軸心拉力；???????An——拉桿的凈截面面積；????????f?——鋼材抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。當(dāng)軸心拉桿與其它構(gòu)件采用螺栓或高強(qiáng)螺栓連接時(shí)，連接處的凈截面強(qiáng)度計(jì)算如連接這一章所述。???公式（6－1）適用于截面上應(yīng)力均勻分布的拉桿。當(dāng)拉桿的截面有局部削弱時(shí)，截面上的應(yīng)力分布就不均勻，在孔邊或削弱處邊緣就會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中。但當(dāng)應(yīng)力集中部分進(jìn)入塑性后，內(nèi)部的應(yīng)力重分布會(huì)使最終拉應(yīng)力分布趨于均勻。因而須保證兩點(diǎn)：（1）選用的鋼材要達(dá)到規(guī)定的塑性（延伸率）。（2）截面開孔和消弱應(yīng)

4、有圓滑和緩的過渡，改變截面、厚度時(shí)坡度不得大于1:4。2、剛度計(jì)算為了避免拉桿在使用條件下出現(xiàn)剛度不足、橫向振動(dòng)以造成過大的附加應(yīng)力，拉桿設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證具有一定的剛度。普通拉桿的剛度按下式用長細(xì)比來控制。（6－2）式中：——拉桿按各方向計(jì)算得的最大長細(xì)比；l0——計(jì)算拉桿長細(xì)比時(shí)的計(jì)算長度；i?——截面的回轉(zhuǎn)半徑（與l0相對(duì)應(yīng)）；——容許長細(xì)比。按規(guī)范采用。??對(duì)于施加預(yù)拉力的拉桿，其容許長細(xì)比可放寬到1000。三、軸心受壓桿件軸心壓桿的破壞形式有強(qiáng)度破壞、整體失穩(wěn)破壞和局部失穩(wěn)破壞三種。（一）強(qiáng)度破壞軸心壓桿的截面若無削弱，就不會(huì)發(fā)生強(qiáng)度破壞。截面削

5、弱的程度較整體失穩(wěn)對(duì)承載力的影響小，也不會(huì)發(fā)生強(qiáng)度破壞。如截面削弱的程度較整體失穩(wěn)對(duì)承載力的影響大，則會(huì)發(fā)生強(qiáng)度破壞。軸心壓桿的強(qiáng)度計(jì)算方法同軸心拉桿。（二）整體失穩(wěn)破壞●軸心受壓桿的整體穩(wěn)定概述●軸心壓桿的彈性微分方程●彎曲失穩(wěn)的極限承載力●實(shí)腹式軸心壓桿整體穩(wěn)定的實(shí)用計(jì)算公式●格構(gòu)式軸心壓桿整體穩(wěn)定的實(shí)用計(jì)算公式1、軸心受壓桿的整體穩(wěn)定概述整體失穩(wěn)破壞是軸心受壓構(gòu)件的主要破壞形式。有關(guān)軸心壓桿的整體穩(wěn)定問題的理論經(jīng)歷了由理想狀態(tài)桿件的單曲線函數(shù)關(guān)系到實(shí)際狀態(tài)桿件多曲線函數(shù)關(guān)系的沿革。傳統(tǒng)的理想狀態(tài)壓桿的單曲線穩(wěn)定理論認(rèn)為軸壓桿是理想狀態(tài)的，它在達(dá)

6、到臨界壓力之前沒有橫向位移，達(dá)到臨界壓力之后曲線出現(xiàn)分枝。此理論先由歐拉（Euler）提出，后由香萊(Shanley)用切線模量理論完善了分枝后的曲線。其圖如圖。由傳統(tǒng)的理論得出的桿件長細(xì)比與臨界壓應(yīng)力之關(guān)系圖為單曲線，如圖。這種理論在世界各國一直被沿用到20世紀(jì)60年代。20世紀(jì)60年代以后，新的壓桿整體穩(wěn)定理論在大量的試驗(yàn)基礎(chǔ)上提出。實(shí)際情況說明壓桿不可能完全處于理想狀態(tài)，有初彎曲、初偏心、殘余應(yīng)力等多種不利因素的影響。試驗(yàn)曲線表明，壓桿在承受軸壓力的整個(gè)過程中都有側(cè)向位移，只是開始側(cè)向位移較小而接近極限承載力時(shí)側(cè)向位移較大，到最后甚至不能收斂。

7、如圖。大量試驗(yàn)結(jié)果還表明：壓桿的—關(guān)系并非象傳統(tǒng)理論那樣可以用一根曲線概括，試驗(yàn)點(diǎn)有相當(dāng)大的分布范圍，如圖。經(jīng)分析，軸壓構(gòu)件的穩(wěn)定極限承載力受到以下多方面因素的影響：·構(gòu)件不同方向的長細(xì)比.·截面的形狀和尺寸·材料的力學(xué)性能·殘余應(yīng)力的分布和大小·構(gòu)件的初彎曲和初扭曲·荷載作用點(diǎn)的初偏心·支座并非理想狀態(tài)的彈性約束力·構(gòu)件失穩(wěn)的方向等等由此提出以具有初始缺陷的實(shí)際軸心壓桿作為力學(xué)模型，用開口薄壁軸心壓桿的彈性微分方程來研究軸壓桿的穩(wěn)定問題。2、軸心壓桿的彈性微分方程??軸壓桿件的彈性微分方程為：（6－3a）（6－3b）??????（6－3c）?式中：

8、N——軸心壓力；??Ix、Iy——對(duì)主軸x-x和y-y的慣性矩；——扇性慣性矩；，其中為以扭轉(zhuǎn)中心為極的扇性